車載大功率電臺(tái)電源軟啟動(dòng)設(shè)計(jì)

熊偉

摘 要：車載大功率電臺(tái)是車載信息系統(tǒng)的重要組成部分。作為大功率用電設(shè)備，車載電臺(tái)的供電電源在啟動(dòng)時(shí)會(huì)有很大的浪涌電流，會(huì)引起空氣開關(guān)跳閘。因此，需要進(jìn)行相應(yīng)的防浪涌電路設(shè)計(jì)。本文結(jié)合各種防浪涌電路的設(shè)計(jì)，給出一種防浪涌電路的設(shè)計(jì)，綜合使用了整流濾波電路及防浪涌電路，并將該電路直接應(yīng)用到供電電源中。

關(guān)鍵詞：機(jī)載加固計(jì)算機(jī)；防浪涌；軟啟動(dòng)；開關(guān)電源

0 引言

機(jī)載大功率電臺(tái)作為車載信息系統(tǒng)的重要組成部分，其工作穩(wěn)定性、可靠性十分重要。其供電電源經(jīng)過(guò)這些年的發(fā)展，從線性電源發(fā)展到功率密度更高的開關(guān)電源，但是供電輸入還是以交流輸入為主，采用的大多是電容濾波型整流電路，在開機(jī)瞬間，給電容充電的浪涌電流非常高，為防止浪涌電流給供電回路造成損害，在電源輸入端設(shè)計(jì)防浪涌電路，確保電源正常可靠運(yùn)行。

1 設(shè)計(jì)需求

開關(guān)電源的輸入電路大都采用電容濾波型整流電路，在進(jìn)線電源合閘瞬間，由于電容器上的初始電壓為零，電容器充電瞬間會(huì)形成很大的浪涌電流，特別是大功率開關(guān)電源，采用容量較大的濾波電容器，使浪涌電流達(dá)100A以上。在電源接通瞬間如此大的浪涌電流，重者往往會(huì)導(dǎo)致輸入熔斷器燒斷或合閘開關(guān)的觸點(diǎn)燒壞，整流橋過(guò)流損壞；輕者也會(huì)使空氣開關(guān)合不上閘。上述現(xiàn)象均會(huì)造成開關(guān)電源無(wú)法正常工作，為此幾乎所有的開關(guān)電源都設(shè)置了防止流涌電流的軟啟動(dòng)電路，以保證電源正常而可靠運(yùn)行。

2 常用的防浪涌軟啟動(dòng)電路

圖1是采用晶閘管V和限流電阻R1組成的防浪涌電流電路。在電源接通瞬間，輸入電壓經(jīng)整流橋（D1～D4）和限流電阻R1對(duì)電容器C充電，限制浪涌電流。當(dāng)電容器C充電到約80%額定電壓時(shí)，逆變器正常工作。經(jīng)主變壓器輔助繞組產(chǎn)生晶閘管的觸發(fā)信號(hào)，使晶閘管導(dǎo)通并短路限流電阻R1，電源處于正常運(yùn)行狀態(tài)。

圖2是采用繼電器K1和限流電阻R1構(gòu)成的防浪涌電流電路。電源接通瞬間，輸入電壓經(jīng)整流（D1～D4）和限流電阻R1對(duì)濾波電容器C1充電，防止接通瞬間的浪涌電流，同時(shí)輔助電源Vcc經(jīng)電阻R2對(duì)并接于繼電器K1線包的電容器C2充電，當(dāng)C2上的電壓達(dá)到繼電器K1的動(dòng)作電壓時(shí)，K1動(dòng)作，其觸點(diǎn)K1.1閉合而旁路限流電阻R1，電源進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。限流的延遲時(shí)間取決于時(shí)間常數(shù)（R2C2）。

3 硬件電路設(shè)計(jì)

根據(jù)圖1和圖2給出的總體思路，進(jìn)行了具體硬件電路設(shè)計(jì)，如圖3所示。

如圖3所示，交流電壓經(jīng)過(guò)整流橋后得100Hz的直流脈沖波形進(jìn)入軟啟動(dòng)單元，此脈沖電壓向高壓電容組件（Ca-Ch，C9，R0）充電，在電容C9兩端得到一個(gè)比較平穩(wěn)的大約300V的直流電壓。

繼電器K2和電阻R2、R3、R4組成一個(gè)緩沖電路，R2、R3、R4 3個(gè)電阻限制給高壓電容組件充電時(shí)的充電電流起到抗浪涌的作用，當(dāng)K2吸合之后，R2、R3、R4被短路，300VDC電壓的電流則經(jīng)過(guò)K1的閉合觸點(diǎn)向后級(jí)電路供電，K2吸合的時(shí)間常數(shù)由Ca-Ch上的電壓決定。光耦N1：4N35的初級(jí)導(dǎo)通電壓為1.2V，設(shè)抗浪涌電阻R2上的電壓為U1，U1經(jīng)R1、V1、R5分壓，在R5上產(chǎn)生電壓U2即光耦4N35的初級(jí)導(dǎo)通電壓，則U2=（U1-Uled）×200÷（10000+200），已知U2=1.2V、Uled（發(fā)光二極管導(dǎo)通壓降）=1.6V，可得出U1=62.8V（R2兩端的電壓），這個(gè)電壓是光耦工作的極限最低電壓，也就是說(shuō)當(dāng)R2兩端的電壓大于等于62.8V時(shí)光耦N1是工作的，而當(dāng)限流電阻R2-R4上的壓降低于62.8V時(shí)，即Ca-Ch上的電壓達(dá)到約237V時(shí)，光耦N1截止。N1截止后，V4的基極通過(guò)下拉電阻R6成低電平，V4導(dǎo)通，隨著V4的導(dǎo)通，V5的基極電平升高也導(dǎo)通，V5的集電極被拉低為低電平，工作電源+12V電壓加到繼電器K2的線包上，K2動(dòng)作常開觸點(diǎn)變?yōu)槲希斎虢涣髡鞒龅闹绷鞲邏捍藭r(shí)短路掉緩沖電阻R2、R3、R4直接經(jīng)過(guò)K2向電容Ca-Ch充電，完成整個(gè)高壓的軟起動(dòng)過(guò)程。在軟起動(dòng)過(guò)程未結(jié)束的過(guò)程中，由于V4、V5截止，V5的集電極由K2的線包拉高（此時(shí)K2線包相當(dāng)于一個(gè)電阻），使輸出至后級(jí)的功率變換單元的軟起動(dòng)信號(hào)為高電平，此高電平的軟起動(dòng)信號(hào)抑制后級(jí)的功率變換單元工作直至軟啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束。圖中V6是起對(duì)多個(gè)信號(hào)的隔離作用，如果給V6并聯(lián)二極管，相當(dāng)于多個(gè)信號(hào)的“或”門二極管，可以分別供給幾個(gè)不同功率變換單元軟啟動(dòng)信號(hào)。

V3為6.8V穩(wěn)壓管，剛上電時(shí)，由于高壓未建立，防止繼電器K2的誤吸合，C1和V3起延遲V4導(dǎo)通的作用，上電時(shí)，由于C1充電電壓未達(dá)到V3+V4的導(dǎo)通電壓（6.8V+0.7V=7.5V），而使V4截止，在C1充電的過(guò)程中，由于高壓整流使N1初級(jí)導(dǎo)通，C2上的電壓又被N1的次級(jí)導(dǎo)通后拉高，再次使V4處于截止?fàn)顟B(tài)，隨著高壓充電逐步完成，光耦N1的初級(jí)導(dǎo)通電流漸漸減小，光耦次級(jí)的最后變成截止，C2上的電平逐漸降低到使V4導(dǎo)通，然后V5導(dǎo)通，完成軟啟動(dòng)過(guò)程。軟起動(dòng)未完成的過(guò)程中，U⑧=12V，U⑤=5～11V，U⑥=0V，U“A”=12V；軟起動(dòng)完成后，U⑧=7V，U⑤=6.3V，U⑥=0.7V，U“A”=0～0.5V。

4 結(jié)束語(yǔ)

上述防浪涌軟啟動(dòng)電路，具有電路可靠性高、可移植性好等突出特點(diǎn)。目前該電路已成功應(yīng)用于某型中功率電臺(tái)的供電電源和其他類似產(chǎn)品上，有效地提升了產(chǎn)品的可靠性和穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)

[1]童詩(shī)白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2001.

（作者單位：華北計(jì)算技術(shù)研究所）